Uma equipe internacional de astrônomos, incluindo pesquisadores da Universidade do Arizona, lunar e laboratório planetário, revelou descobertas inovadoras sobre os discos de gás e poeira em torno de jovens estrelas próximas, usando a poderosa Matrey de Milímetro grande/submilímetro, ou Alma.
As descobertas, publicadas em 12 artigos em uma edição de foco do Jornal astrofísicofazem parte de um grande programa ALMA chamado Alma Survey of Gas Evolution of Protoplanetária discos, ou idade. A idade-também observou 30 discos formadores de planeta em torno de estrelas semelhantes ao sol para medir a massa do disco de gás em diferentes idades. O estudo revelou que os componentes de gás e poeira nesses discos evoluem a taxas diferentes.
As observações anteriores do ALMA examinaram a evolução da poeira nos discos; A idade-Pro, pela primeira vez, traça a evolução do gás, fornecendo as primeiras medições de massas e tamanhos de disco a gás ao longo da vida de discos formadores de planeta, de acordo com o principal investigador do projeto, Ke Zhang, da Universidade de Wisconsin-Madison.
“Agora temos os dois, o gás e a poeira”, disse Ilaria Pascucci, professora de ciências planetárias da U de A e um dos três investigadores co-princípios da idade. “Observar o gás é muito mais difícil porque leva muito mais tempo de observação, e é por isso que temos que procurar um grande programa como este para obter uma amostra estatisticamente significativa”.
Um disco protoplanetário gira em torno de sua estrela anfitriã por vários milhões de anos, à medida que seu gás e poeira evoluem e se dissipam, estabelecendo a escala de tempo para os planetas gigantes se formarem. A massa e o tamanho inicial do disco, bem como seu momento angular, têm uma influência profunda no tipo de planeta que ele poderia formar-gigantes a gás, gigantes gelados ou mini-nepunos-e caminhos de migração dos planetas. A vida útil do gás dentro do disco determina a escala de tempo para o crescimento de partículas de poeira para um objeto do tamanho de um asteróide, a formação de um planeta e, finalmente, a migração do planeta de onde nasceu.
Em uma das descobertas mais surpreendentes da pesquisa, a equipe descobriu que, à medida que os discos envelhecem, seu gás e poeira são consumidos a taxas diferentes e passam por uma mudança na proporção de massa de gás / poeira à medida que os discos evoluem: ao contrário da poeira, o que tende a permanecer dentro do disco em um período mais longo, o gás se dispersa relativamente rapidamente, então mais lentamente como os agentes de disco. Em outras palavras, os discos formadores de planetas sopram mais de seu gás quando são jovens.
Zhang disse que a descoberta mais surpreendente é que, embora a maioria dos discos se dissipe após alguns milhões de anos, os que sobrevivem têm mais gás do que o esperado. Isso sugere que planetas gasosos como Júpiter têm menos tempo para se formar do que os planetas rochosos.
A sensibilidade única de Alma permitiu que os pesquisadores usassem linhas moleculares fracas e chamadas para estudar o gás frio nesses discos, comprimentos de onda característicos de um espectro de luz que atuam essencialmente como “impressões digitais”, identificando diferentes espécies de moléculas de gás. A primeira pesquisa química em larga escala desse tipo, a idade, direcionou 30 discos formadores de planeta em três regiões formadoras de estrelas, variando de 1 milhão a 6 milhões de anos em idade: Ophiuchus (mais jovem), Lupus (1-3 milhões de anos) e Scorpius superior (mais antigo). Usando ALMA, a idade-também obteve observações dos principais traçadores de massas de gás e poeira em discos que abrangem os estágios cruciais de sua evolução, desde a formação mais antiga até a eventual dispersão. Esses dados do ALMA servirão como uma biblioteca legado abrangente de observações de linha espectral para uma grande amostra de discos em diferentes estágios evolutivos.
Dingshan Deng, um estudante de graduação da LPL que é o principal autor de um dos trabalhos, forneceu a redução de dados-essencialmente, as análises de imagem necessárias para obter de sinais de rádio a imagens ópticas dos discos-para a região de formação de estrelas na constelação de lúpus (latim para “lobo”).
“Graças a essas observações novas e longas, agora temos a capacidade de estimar e rastrear as massas a gás, não apenas para os discos mais brilhantes e melhor estudados nessa região, mas também os menores e mais fracos”, disse ele. “Graças à descoberta de traçadores de gás em muitos discos onde não havia sido visto antes, agora temos uma amostra bem estudada, cobrindo uma ampla gama de massas de disco na região de formação de estrelas lúpus”.
“Demorou anos para descobrir a abordagem e análise de redução de dados adequadas para produzir as imagens usadas neste artigo para as massas de gás e em muitos outros trabalhos da colaboração”, acrescentou Pascucci.
O monóxido de carbono é o traçador químico mais amplamente utilizado nos discos protoplanetários, mas para medir completamente a massa de gás em um disco, são necessários traçadores moleculares adicionais. Age-Pro usada n2H+ou diazenílio, um íon usado como um indicador para gás nitrogênio nas nuvens interestelares, como um traçador de gás adicional para melhorar significativamente a precisão das medições. As detecções de Alma também foram criadas para receber assinaturas de luz espectral de outras moléculas, incluindo formaldeído, cianeto de metila e várias espécies moleculares contendo deutério, um isótopo de hidrogênio.
“Outra descoberta que nos surpreendeu foi que a proporção de massa entre o gás e a poeira tende a ser mais consistente entre os discos de massas diferentes das que o esperado”, disse Deng. “Em outras palavras, discos de tamanho diferente compartilharão uma proporção de massa de gás / poeira semelhante, enquanto a literatura sugeriu que discos menores poderiam derramar seu gás mais rápido”.
O financiamento para este estudo foi fornecido pela National Science Foundation, pelo Conselho Europeu de Pesquisa, pela Fundação Alexander von Humboldt, Whondecyt (Chile) entre outras fontes. Para obter informações completas sobre financiamento, consulte o artigo de pesquisa.
